Nobel per la Fisica 2025: quando il mondo quantistico diventa grande

C’è una certa poesia nella fisica: è la scienza che prova a dare voce all’invisibile, a capire cosa regola il nostro universo, a scoprire ciò che si nasconde dietro ogni cosa che vediamo.

Per molto tempo abbiamo creduto che la meccanica quantistica, con tutta la sua stranezza, fosse una prerogativa esclusivamente del mondo microscopico. Il Premio Nobel per la Fisica 2025, però, ci ha mostrato che anche l’universo “grande” può seguire il ritmo della fisica quantistica.
Prima si pensava che gli effetti quantistici fossero troppo fragili per manifestarsi al di fuori del mondo degli atomi. E invece tre fisici - John Clarke, Michel Devoret e John Martinis - hanno dimostrato il contrario: anche circuiti grandi abbastanza da essere visibili possono comportarsi come oggetti quantistici.

Una particella subatomica, come un elettrone, può talvolta attraversare una barriera e apparire dall'altra parte, anche se, secondo la fisica classica, non dovrebbe avere abbastanza energia per farlo. Ciò accade perché la meccanica quantistica mostra che una particella può trovarsi in uno stato in cui esiste, con determinate probabilità, sia da un lato della barriera sia, anche se con una probabilità minore, dall'altro.

Come fa una particella a essere in grado di attraversare la materia senza interagire con essa?

Sarebbe come lanciare una pallina da tennis contro un muro e, invece di vederla rimbalzare, osservarla passare attraverso. Incredibile? Eppure è qualcosa di simile a ciò che è avvenuto, anche se in un circuito elettrico.

Dall’elettrone al superconduttore

Tutto parte dalla superconduttività, un fenomeno che si manifesta quando certi materiali, raffreddati a temperature vicinissime allo zero assoluto, perdono completamente la loro resistenza elettrica. In queste condizioni, gli elettroni si accoppiano a due a due (le cosiddette “coppie di Cooper”) e si muovono insieme come un’unica, perfetta onda quantistica.
Se si separano due superconduttori con uno strato sottilissimo di isolante, si ottiene una giunzione Josephson e, in modo quasi magico, la corrente riesce comunque a passare. Dunque non sfonda la barriera: la attraversa per effetto tunnel, un fenomeno tipico del mondo quantistico. 

La grande domanda

Negli anni ’80, l'equipe di Berkeley si pose una domanda audace: un’intera giunzione Josephson, formata da miliardi di elettroni che si muovono insieme, può comportarsi come un singolo oggetto quantistico? Qualcosa di macroscopico può “tunnelizzare” come un elettrone?
Per scoprirlo, i ricercatori hanno raffreddato i loro circuiti a temperature quasi impossibili da immaginare e li hanno isolati da qualsiasi disturbo esterno. A un certo punto, aumentando la corrente, il circuito “sfuggiva” da uno stato di energia a un altro non grazie al calore, ma tunnelizzando attraverso la barriera.

Insomma, si comportava come una gigantesca particella quantistica.

Poi è arrivata la conferma più spettacolare: illuminando il circuito con un microonde, gli scienziati hanno visto che assorbiva energia solo a determinate frequenze. Significava che possedeva livelli di energia discreti, proprio come gli elettroni negli atomi.
Il messaggio era chiaro: le leggi della meccanica quantistica valgono anche per il mondo macroscopico, se il sistema è sufficientemente isolato.

La sua importanza

Secondo Stefano Fabris, direttore del CNR, "questa scoperta non è solo un trionfo teorico: rappresenta una delle prove più affascinanti che le leggi della fisica quantistica — misteriose, controintuitive, ma straordinariamente precise — governano non solo l’infinitamente piccolo, ma anche tecnologie che presto potranno cambiare la nostra vita quotidiana”.

I circuiti superconduttori che questi fisici studiarono negli anni ’80 sono gli stessi che oggi formano i qubit dei computer quantistici, macchine in grado di eseguire calcoli complessissimi in un tempo infinitamente minore rispetto ai computer "classici". E non solo: il loro lavoro mette in discussione uno dei confini più antichi della scienza, quello tra il mondo classico e quello quantistico. 

Tutto ciò ha qualcosa di profondamente poetico e misterioso: nel silenzio di un laboratorio, a un soffio dallo zero assoluto, un minuscolo circuito ha rivelato un segreto che l’universo custodiva da sempre. Il mondo quantistico, in fondo, non è mai stato piccolo. Dovevamo solo guardarlo abbastanza da vicino per capirlo.

Flavio M. Apollonj Ghetti